选择信号揭示羊驼纤维品质的基因组基础：Pacomarca种群定向选择的遗传印记

本研究为解析羊驼纤维品质的遗传机制，利用iHS、nSL和XP-EHH三种选择信号检测方法，对Pacomarca实验农场630头羊驼的基因组数据进行分析。研究鉴定出509个候选选择区域和293个候选基因，发现与磷酸化（PTPRN、FRK等）和RNA聚合酶活性（FOXP1、MITF等）相关的基因显著富集，揭示了定向选择对羊驼基因组的塑造作用，为羊驼分子育种提供了重要理论依据。

　　

在安第斯山脉的高原上，一种古老的驯化动物——羊驼（Vicugna pacos），正以其珍贵的纤维为当地牧民创造经济价值。然而，羊驼纤维产业面临着一个核心挑战：如何通过遗传改良持续提升纤维品质？纤维直径、髓质化程度和产量等性状的遗传机制复杂，且历史上羊驼与美洲驼（Lama glama）的持续杂交可能稀释了优质纤维基因。位于秘鲁普诺的Pacomarca实验农场自2007年起实施系统的遗传评估和选择计划，旨在增加每只羊驼的细纤维产量，但背后的基因组响应尚不明确。

为揭示定向选择对羊驼基因组的塑造作用，一个由西班牙和秘鲁研究人员组成的团队在《animal》发表了最新研究成果。他们通过对Pacomarca农场630头羊驼（85头公驼和545头母驼）进行基因组分析，利用中等密度定制SNP芯片（76,508个SNP）基因分型，经过严格质量控制获得42,990个常染色体SNP。研究采用三种选择信号检测方法：整合单倍型评分（iHS）和基于长度的分离位点数（nSL）用于识别不完全清除，跨群体扩展单倍型纯合性（XP-EHH）用于比较低选择（49头，2002-2008年出生）和高选择（127头，2020-2021年出生）两个亚群间的固定选择信号。通过基因注释和功能富集分析，挖掘与纤维性状相关的候选基因和功能通路。

基因分型与质量控制：使用Affymetrix定制羊驼SNP芯片对630个样本进行基因分型，经质控后保留42,990个常染色体SNP，利用Plink v1.9检测孟德尔错误并剔除异常位点，Beagle v5.4进行基因型填充和相位推断。

选择信号检测：使用selscan v1.0.4计算iHS、nSL和XP-EHH统计量，标准化值＞|2|（iHS和nSL）或＞2（XP-EHH）的SNP被视为选择信号，通过BedTools合并相邻信号形成候选基因组区域。

功能注释分析：基于羊驼参考基因组VicPac3.1注释候选区域内的基因，使用DAVID数据库进行GO和KEGG富集分析，以绵羊（Ovis aries）为背景进行功能聚类，富集得分＞1.3的簇视为显著。

种群结构与亲缘关系

主成分分析显示基因型数据未出现明显的家族结构偏倚，亲缘关系分布表明亲子对与其他个体间的亲缘系数分布重叠，证明选择信号检测结果受亲缘关系影响较小。

选择信号识别

iHS和nSL分别识别出1,605和1,024个选择信号，其中544个SNP被两种方法共同检测到，视为核心候选信号。XP-EHH分析发现965个SNP在高选择群体中近乎固定，仅20个与iHS-nSL重叠，表明选择多为不完全清除。候选信号分布在35条常染色体上，VPA8、VPA3、VPA4和VPA17染色体携带信号最多。

候选区域与基因注释

509个候选区域覆盖基因组14.6 Mb，包含293个候选基因。其中11个基因（如PTPRN、FRK、PTPN23和PTPRT）富集于磷酸化和去磷酸化相关GO项，28个基因（如FOXP1、MITF、RNF10和ZNF664）富集于RNA聚合酶活性相关功能。XP-EHH分析发现54个候选基因，其中10个与iHS-nSL结果重叠（如WDHD1、EYA4、FOXP1和NOTCH3）。

功能富集集群

五个功能簇显著富集：Cluster 1（富集得分=2.50）包含6个酪氨酸磷酸酶基因（如PTPRT、PTPRN）；Cluster 2（得分=2.19）涉及SH3结构域基因（如FRK、DOCK3）；Cluster 3和4（得分=1.50和1.48）与层粘连蛋白相关（如LAMA2、WDHD1）；Cluster 5（得分=1.33）包含补体激活相关基因（如CSMD1、PAPPA）。这些功能簇与毛发 follicle发育、纤维生长和质量调控密切相关。

研究结论表明，Pacomarca羊驼基因组在纤维品质的定向选择下呈现多染色体区域的选择信号，符合加性基因控制的性状特征。磷酸化和RNA转录调控是纤维品质形成的关键生物学过程，酪氨酸磷酸酶、SH3结构域和层粘连蛋白编码基因可能通过影响角质细胞增殖、血管功能和毛发形态发生间接调控纤维性状。值得注意的是，MITF基因的检测提示毛色可能作为隐性选择目标，与经济价值高的白色纤维相关。

讨论部分指出，尽管SNP芯片密度和基因组组装完整性限制了结果的精确性，但本研究首次在羊驼中系统鉴定了纤维性状的选择信号，为后续功能验证和分子育种提供了框架。与绵羊、山羊和兔子的研究相比，羊驼纤维遗传机制既存在保守通路（如磷酸化调控），也可能有物种特有机制，需进一步结合转录组和功能实验验证。未来高精度基因组和全基因组关联分析将深化对候选基因作用机制的理解，推动羊驼遗传改良的精准设计。